基于Wincc的横剪生产线控制软件设计

1基于Wincc的横剪生产线控制软件设计李菱1，赵智鹏1，李纯2（1西安交通大学电气工程学院工业自动化系；2西安金路交通工程科技发展有限责任公司）摘要：本文针对变压器横剪线生产现状和存在的问题，在对变压器横剪生产线生产流程全面了解的基础上，分析了技术要求和用户需要，提出并开发了整个监控系统的解决方案。系统以西门子WinCCV6为软件平台，设计开发了上位机监控系统。着重论述了基于人机界面组态软件的上位机监控系统的开发，为开发变压器横剪生产线监控系统做了积极尝试，取得了一定的效果。关键词：横剪线；WinCC组态；监控系统DesignofIndustrialControlSystemforCrossCuttingProducingLineLILING1，ZHAOZHIPENG1，LICHUN2(1Xi`anJiaotongUniversity,departmentofIndustrialAutomation,Shaanxi,Xi`an,710049,P.R.China；2Xi’anJinLutrafficengineeringscientificandtechnicaldeveloping,LTD)Abstract:Thispapersetforththetransformercrosscutting’smanufacturingstatusandtheproblemexisted.Accordingtotheanalysisonthetechnicalprocedure,technicaldemandandrequirementofusers,thewholeschemebasedonWinCCV6isputout.ThepeculiartechnologyandfunctionsofWinCCusedindevelopmentarediscussed.ThispaperwillprovetobehelpfulforthedevelopmentofthemonitoredcontrolsystemusedinCroppingShearLine.Keywords:CroppingShearLine,WinCC,Monitorcontrolsystem1前言当前，国产的横剪效率很低，主要是冲剪床动作速度较慢，国外冲剪床的动力源已改气动为液压或电动，但国内仍然是气动，阻碍了我们冲剪床的提速。同时，横剪线控制系统有待于进一步提高，如开发去后尖角片形二次定位控制系统、故障诊断系统、数据库系统、通讯系统等，这些技术难度是极大的，我们应该积极去开发。本文针对上述问题，结合横剪线生产线工艺，做了初步的基于西门子Wincc监控系统设计并且获得了较好的仿真效果。2变压器横剪线工艺简介2.1变压器横剪线的总体结构由硅钢片叠装成的铁心是变压器的主要部件之一,硅钢片剪切是变压器制造过程中的重要工序,剪切质量达标与否直接影响到变压器的技术性能和经济指标的优劣。成卷的硅钢片在纵剪生产线上,沿冷轧时的轧制方向,由圆盘滚刀剖切成所需的各种宽度的带料,横剪即是将上述一定宽度的带料,沿着与轧制方向垂直或成某一角度(如44°、45°等)剪切成各种规格和尺寸的变压器铁心片。由于横剪工序要求加工精度高,重复加工的工件数量多,那种单机操作,频繁转运的落后生产方式,早已不能满足需要。国内外各厂家制造的各种型式的横剪生产线成套设备,尽管其附属设备和工作台结构的繁简差别很大,定长、限位、导向装置各具一格,开卷机送料机构造各有特色,所用剪床台数和摆列方向也有所区别等等,但从统观角度上说,它们有其共同特点,即都具有图1所示的基本结构和材料流向。而各种型式的横剪线所配备的控制电路、控制装置也是种类繁多、性能各异。从控制原理到电路结构都不相同,但其发展趋势都力求在操作调整、控制方面达到更灵活、更简便、更安全,以不断改善剪切质量,提高生产率。2.2变压器横剪线送料控制剪切的送料过程主要由变频电机控制。工作时上辊通过气缸作用使上辊与下测量辊之间的待剪料压紧，上、下辊及料之间在料停止时绝对静止，不能有相对滑动。通过改变晶闸管的触发角，可以改变输出2交流电的频率，而不同频率的动力电能可以控制上下送料辊的转速，剪切片可以匀速前进，慢速停止，使得片型运行平稳，保证送料能达到剪切过程的要求。当用户需要剪切片前进5米时，给下位机PLC一个信号，PLC给伺服电机信号，测量辊开始测量行进的长度。同时变频电机开始动作，提供频率较低的动力电能，使得送料辊缓慢加速。变频电机不断改变频率，使得送料速度加快，到达指定速度后，剪切料片就匀速前进。当测量辊测到剪切片快要前进到要求的长度时，给伺服电机一个反馈信号，伺服电机给变频电机信号，使得剪接片的传送速度逐渐变慢，这是一个动态的反馈控制过程。送料过程控制示意图所示：图1送料控制示意图3基于WinCC变压器横剪线监测系统设计3.1控制功能在变压器横剪线生产控制中，控制软件实现以下的功能：（1）要有良好的操作界面，使操作人员能及时，准确了解生产线的运行情况。（2）在变压器横剪线中，机床，剪切片型的数据要现场输入，控制软件要有能输入片型型号和机床类型的界面。（3）剪切是控制中比较复杂的部分，冲的刀进行的先后顺序，及在片上的位置，送料的配合都需要精确的计算。控制量中对于生产中需要计算的数据弄清楚变量之间的运算关系，抽象出具体的数学公式，在计算机编程时使用。（4）用户将参数设定完成后，可以浏览到所设定的参数，确认要运行的数据无误。在剪切进行时，可以迅速了解正在进行的剪切情况。（5）对于生产中需要保存的数据，软件中有数据库功能支持，在本次控制运行结束后，仍能顺利的调出相关数据，对生产问题的处理是重要参考。（6）为了保证剪切过程的顺利进行，监测相关的设备，设备故障能立即报警，并可以将数据归档，打印，以后可以调出参考。（7）操作人员需要创建，改变用户；分配和管理访问权限；当一个用户登陆到系统时，用户管理器检查该用户是否已注册。如果用户未注册，则既不能调用或查看任何数据，也不能控制任何过程。（8）软件有相应的帮助功能，当用户遇到软件使用的问题时，可以查询帮助，同时也方便用户尽快的掌握软件的功能。3.2剪切计算部分的核心算法在剪切的时候要剪切3mm的片头，这个需要手工操作。对于图示中的片形，要先剪切，后冲。对于不同的变压器叠片片形，设计不同的剪切过程，统一编入剪切模块中，在程序中对不同的片形选择，调出相应的剪切程序。如下图一典型变压器片形，其算法为：剪完右斜的第一刀后，把硅钢片前进1200mm左斜监第二刀。剪完后需要把硅钢片后退1200mm冲。冲完后，一片剪切完成。剪切地二片时，如果按照一变频电机伺服电机Plc控制信号测量辊鲧上送料辊下送料辊3般的方法，进行第三刀的剪切，需要把硅钢片前进1000mm右斜剪切，再在前进1200mm进行左斜第四剪，剪完后再退回去冲，片形重复的来回，费时费力，所以采用预冲的方法，在第二片的冲口经过冲刀的时候，先冲，然后再进行片形的剪切。这样就需要程序中有公式能明确的计算出剪切和冲得先后，进行预冲。本控制软件中是把各种情况抽象成公式，计算具体的剪切过程。图2剪切过程示意图4系统仿真结果4.1主控制程序仿真在该系统中,需要监控的设备比较多,让所有的设备都显示在一张画面中不太可能,可将设备按照处理工艺的功能步骤分级在多画面内,画面之间的切换用按钮的鼠标动作来实现。根据横剪线工艺的要求和控制功能要求，设计仿真程序，其中，主界面如下图所示：图3过程控制主界面4.2历史归档报警由于具体生产线需要对当前以及历史的运行状况进行记录，以便满足生产管理的需要，同时，生产流程中会出现故障需要报警，保证安全，因此在运行系统中，需要有过程值归档和报警过程。采集并处理将被归档的过程值，然后将其存储在数据库中。在运行系统中以表格的形式输出。实现方法是在内部4变量中设定好需要归档的编量，在变量记录编辑器中建立归档，设定需要的采集周期和归档周期，离散变量采集方式为一旦改变，模拟变量采集方式为周期连续。4.3结论试验证明，采用西门子Wincc组态软件，完成控制软件的界面及生产流程控制方案设计，能够获得很好的过程控制效果。该仿真程序界面友好，操作简单，功能完善，基本上达到了变压器横剪生产线的控制要求。由于实验条件和时间等原因所限，本文所开发的控制软件还有待于在现场进行实际测试。文章的创新点是：该文在探讨组态软件应用于变压器横剪生产线的自动控制上，做了自主开发的尝试，并且获得了初步成功，大大提高了生产线控制的自动化程度，为将来实际生产奠定了基础。参考文献（Reference）【1】李潮，基于WinCC的污水处理厂监控系统设计与实现，微计算机信息，2006年第4-1期，pg1-2【2】黄子林，应百川，变压器行业现状与发展动向，电气时代2002第4期pg21－23。【3】胡景生，变压器经济运行，.北京：中国电力出版社.1999【4】王宏梅，变压器铁心横剪线的微机控制系统，锦州师范学院学报（自然科学版）1998.6第2期pg55－59【5】叶彦文，硅钢片横剪生产线的电气控制装置，福建电力与电工，1997.12第17卷第4期【6】周文举，关庆罡，一种新型数控横剪线，变压器，2002.8第39卷第8期【7】钟震，沈日迈，黄逸中等，国内外监控自动化技术设备现状与发展，中国农村水利水电1998.2【8】杨路明，雷亚军，组态软件WinCC在自动监控系统中的应用，计算技术与自动化，2003.12第22卷第4期.【9】吴明，西门子自动化控制系统的设计与应用，自动化与仪表2001第16卷第4期pg33－35。【10】王晓东，SIEMENS自动化与企业管理网络的集成，工业控制计算机，2001，第14卷第9期【11】邹彤，WinCC组态软件的编程技巧，化工自动化及仪表，2001，28（2）:63~64【12】李薇，周钢，冉蜀阳等，WinCC－全集成化基本模快，机床电器，1994.4【13】卢建华，使用WinCC实现过程控制，。武汉科技大学学报（自然科学版）2000.1【14】陈键，黄天戍，任清珍，工控组态软件WinCC及其应用的实现，微机算机信息2000.第16卷第2期【15】SIEMENSAG..SIMATICHMIWinCC5.0USER’SMANUAL.2002.1【16】SunW,KhargonekarPP,ShimD.Solutiontothepositiverealcontrolproblemforlineartime-invariantsystems[J].IEEETransAutomatControl,1994,39(10):2034-2046.【17】HuangCH,IoannouPA,MaroulasJ,etal.DesignofstrictlyPositiverealsystemsusingconstantoutputfeedback[J].IEEETransAutomatControl,1999,44(3):569-573.5所投栏目：测控仪表自动化方面（基金资助）文稿作者简介：第一作者：李菱（1982年），女，硕士研究生，西安交通大学工业自动化系，从事于工业自动化领域研究，控制理论与控制工程导师：张彦斌，西安交通大学电气工程及其自动化学院，工业自动化教研室主任，教授，30年从事于工业自动化领域研究Briefintroductionofauthor:LILING(1982),female,master`sdegree,departmentofindustrialautomationinXi`anJiaotongUniversity,engagedinthefieldofindustrialautomation,researchofautomationtheoryandengineering;Tutor：ZHANGYANBIN，male,Professor,chiefofthedepartmentofindustrialautomation,InstituteofElectricalEng